第5章 射流
第三章 射流理论
R0
vm G0
vm
vav 0.2vm
(3-17)
这表明截面平均速度是Vm 的 20% .
煤燃烧国家重点实验室 SKLCC
为计算 b, G, vav, 需要vm = f (x)
定义 y , b
ax b ax
a – 经验常数
2
2
2
vm v0
ax R0
b 0
vx vm
d
0.5
vx f ' y f y f
G, f
f0 f
b0 b
vav G f0 G b0
v
G0 f
G0 b
vav 0.41vm
(3-30) (3-31) (3-32)
煤燃烧国家重点实验室 SKLCC
从Van der Hegge Zijnen的实验数据,
vx
exp
75
y
2
vm
x
(3-33)
或
vx vm
0.51
(3-4)
4) 混合长度 ltx/b = 0.11 lty/b = 0.10
(3-5)
煤燃烧国家重点实验室 SKLCC
3. 外边界和等速度线
在基本区
db dt
v'y
dvx dy
0, v'y v'x
(
v'y2
v'x2 )
v'x
lt
dvx dy
db dt
lt
dvx dy
煤燃烧国家重点实验室 SKLCC
2. 射流的相互碰撞
射流变形图
煤燃烧国家重点实验室 SKLCC
2. 射流的相互碰撞
• 在垂直截面上射流尺寸受到压缩,混合后以一定扩张 角流动;
第5章 空心装药破甲弹
§3 空心装药破甲弹的结构
3.2长鼻式破甲弹
图5-11 100mm坦克炮用 破甲弹 1-引信；2-传火 管；3-头螺；4-药型罩、 5-炸 药；6-弹体；7-传 火管；8-起爆机；9-滑 动弹带；10-压环；11尾杆；12-销轴；13-切 断销；14-定位销；15曳光管。
30
§3 空心装药破甲弹的结构
16
§2 破甲作用
2.3破甲作用
靶板材料的强度可忽略。 金属射流对靶板的侵彻过程，大致分为三个阶段： 1.开坑阶段 开始阶段。碰撞点的高压和冲击波使靶板自由 界面崩裂，靶板和射流残渣飞溅，在靶板中形成 三高区。此阶段约占孔深的10%。
17
§2 破甲作用
2.3破甲作用
2.准定常阶段 此阶段中的碰击压力不是很高，射流的能量变 化缓慢，破甲参数和破孔的直径变化不大，基本上 与时间无关，故称为准定常阶段。该阶段约占孔深 的85%。
31
§3 空心装药破甲弹的结构
3.3具有抗旋结构的旋转稳定破甲弹
前已述及，旋转稳定破甲弹的破甲威力将因其高速旋 转而下降。为了解决这一问题，人们在药型罩上采取了各 种各样的措施，这里介绍的就是其中的实例。 1.美152mmXM409E5式多用途破甲弹 美152mmXM409E5式多用途破甲弹是六十年代末 期的产品，配用于坦克炮上。该弹的结构如图5-12所示。
12
§2 破甲作用
2.2金属流的形成
射流的形成： 第一阶段是空心装药起爆，炸药爆轰，药型罩微元向 轴线运动。起作用的因素：炸药性能、爆轰波形、药型罩 材料和壁厚等； 第二阶段是药型罩各微元运动到轴线、碰撞，形成射 流和杵体。起作用的因素：罩材的声速、碰撞速度和药罩 型锥角等。
13
流体力学第5章 相似性原理和量纲分析
几何相似只有一个长度比例尺，几何相似是力学 相似的前提
二、运动相似
❖ 流场中所有对应点上对应时刻的流速方向相同大小成比例。
v3' 3
v1'
v2'
1
2
3
v3''
v1 v1
v2 v2
v3 v3
v v
kv
v1''
1
2
kv——速度比例尺
v2''
A
A
o
系统1：v
l t
o
系统2：v l t
时间比例尺 加速度比例尺
1/ p
7.5k,kpkv2'
0.001207, kv 4416(Pa)
22.5, 有
F F ' F ' 1.261104(N)
kF
k
k
2
l
k
2
v
M M ' 2030(N m)
k
k
3k
l
2
v
第五节 量纲分析法
❖一、量纲分析的概念和原理 ❖ 量纲是指物理量的性质和类别。例如长度和质量， 它们分别用 [ L ] ， [ M ]表达。 ❖而单位除表示物理量的性质外，还包含着物理量的 大小，如同为长度量纲的米，厘米等单位。
如何进行模型实验： (1) 几何相似（模型和实物、攻角、位置等）； (2) 确定相似准则数； (3) 确定模型尺度和速度； (4) 实验数据整理(无因次形式)； (5) 试验值与实际值之间的换算。
完全相似：两个流动的全部相似准则数对应相等。不可能实现。 部分相似：满足部分相似准则数相等。
近似的模型试验：在设计模型和组织模型试验时，在 与流动过程有关的定性准则中考虑那些对流动过程起 主导作用的定性准则，而忽略那些对过程影响较小的
流体力学第六章 气体射流
6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
2.运动特征：速度分布具有相似性。 特留彼尔在轴对称射流主体段的实验结果，以及阿勃拉莫 维奇在起始段内的测定结果，见图6-2（a）及图6-3（a）。
6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
3.动力特征 射流中的压强与周围流体中的压强相等。 可得各横截面上轴向动量相等——动量守恒，动量守 恒方程式为：
6.4 温差或浓度差射流
6.4 温差或浓度差射流
三.射流弯曲 温差射流或浓差射流由于密度与周围密度不同， 所受的重力与浮力不相平衡，使整个射流将发生向下或向上弯 曲。通过推导可得出无因次轨迹方程为
6.4 温差或浓度差射流
[例6-3]工作地点质量平均风速要求3m/s，工作面直径D=2.5m 送风温度为15℃，车间空气温度30 ℃，要求工作地点的质量 平均温度降到25 ℃ ，采用带导叶的轴流风机，紊流系数 = 0.12。求（1）风口的直径及速度;（2）风口到工作面的距离。 [解]温差 =15-30=-15 ℃
6 气体射流
6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
一.射流结构 出流到无限大空间中，流动不受固体边壁的限制，为无限 空间射流，又称自由射流。射流的流动特性及结构图：
6.1 无限空间淹没紊流射流的特征
二.射流的特性 1. 几何特性： 外边界线为一直线。tan a 紊流系数 a 是表征射流流动结构的特征系数。它与出口断 面上紊流强度有关，紊流强度越大。各种不同形状喷嘴的紊 流系数和扩散角的实测值列于表6-1。
一.特点：1.温度边界层与速度边界层不重合。 2.射流发生弯曲。
6.4 温差或浓度差射流
二.特性: 1.温差特性： 试验得出，截面上温差（浓度差分布）分布具有相 似性。 与速度分布关系如下：
燃烧学第5章液体燃料燃烧
5、液滴分离的基本原理 液体表面不断增大，直到它变得不稳定并破碎。
图5-3
液滴的分裂过程
液滴从液体产生的过程，依赖于液体在雾化喷嘴中 的流动性质（即是层流还是湍流）、给液体加入能 量的途径、液体的物理性质以及周围气体的性质。
5、控制雾化的量纲一的数——韦伯（Weber）数 液滴的变形和碎裂的程度取决于作用在液滴上的力和形成 液滴的液体表面张力之间的比值。
2 2 ( v v ) d ( v v ) 作用于液滴表面的外力 g l g g 1 l g Weg 液滴内力
g 气体密度（kg/m ） vl、vg 液体、气体速度（m/s） 液体表面张力（N/m） dl 液滴的直径（m）
3
d1
上式表明，燃烧室中的压力增高、相对速度增加以及液体的 表面张力系数减小，均对雾化过程有利。
图5-11 燃料分布特性 a)、b)离心式机械雾化喷嘴> c)直流式机械雾化喷嘴
第三节 液滴的蒸发
一、液滴蒸发时的斯蒂芬流
二、相对静止环境中液滴的蒸发 三、强迫气流中液滴的蒸发
四、液滴群的蒸发
第三节 液滴的蒸发
一、液滴蒸发时的斯蒂芬流 1、蒸发过程液滴周围成分分布
图5-12 液体周围成分分布 wxg—空气中空气质量分数 wlg—空气中燃料蒸气的质量分数 wxgs—液滴表面的燃料蒸气质量分数 wlgs—液滴表面的空气质量分数
2、旋转式雾化喷嘴
• 压力油流通过空心轴进入喷嘴头部高速旋转的转杯内，其转 速约为3000~6000rpm，高速旋转产生的离心力，使油流从转 杯内壁向出口四周的切线方向甩出，因速度较高使油膜被空 气雾化成细滴。旋转杯式喷嘴的结构示于图6-5所示。
图5-6 中间回油式机械喷嘴 1—二次风嘴 2—一次风嘴 3—转杯 4—风机 5—转轴 6—进油管 7—进油体 8—电动机
《流体力学》第六章气体射流
.
射流参数的计算
段 名
参数名称
符号
圆断面射流
平面射流
扩散角 主
α tg3.4a tg2.44a
体
段 射流直径 或半高度
D b
D d0
6.8
as d0
0.147
b b0
2.44
0.095 as 0.147
d0
v1 0.492
v0
as 0.41
b0
v2
v2 v0
as
0.23 0.147
d0
v2 v0
0.833 as 0.41 b0
.
段名 参数名称
符 号
圆断面射流
平面射流
起
流量
Q
2
QQ0 10.76ar0s1.32ar0s
Q Q0
1 0.43 as b0
始
v 断面平均 流速
B0Kx
tgKxK3.4a
x
紊流系数
起始段
主体段
C
B
A
R
M
α r0
核心
0
D X0
边 E
界 层
Sn
F
S
X
射流结构
.
紊流系数与 出口断面上 紊流强度有 关，也与出 口断面上速 度分布的均 匀性有关。 （表6-1）
紊流系数
喷嘴种类 带有收缩口的喷嘴
a
0.066 0.071
圆柱形管
带有导风板的轴流式通风机 带导流板的直角弯管
已知射流直径D, v2,d0,a, 求S和Q0
流体力学实验_第五章
§5.4 流动显示的光学方法
1. 适用范围 光学显示方法：利用流场的光学性质，如流体的密 度变化会造成光学折射率或传播速度的变化，通过 适当的光学装置可以显示流体的流动特性。
流场的温度、压力、浓度和马赫数等状态参数与密度 有确定的函数关系，而流体的光学折射率是其密度的 函数，因此下列流动可以采用光学流动显示的方法：
分光镜 补偿片
单色 点光 源
全反镜
风洞实验段
屏幕
40
密度均匀：干涉条纹彼此平行 密度不均匀：干涉条纹发生移动或变形，干涉条纹的改变与
流体密度的变化有关
干涉条纹 41
§5.5 流动显示技术的新发展——定量的流 动显示和测量技术
1. 激光诱导荧光（LIF）技术
激光诱导荧光技术：是一种20世纪80年代发展起来的光 致发光流动显示与测量技术，把某些物质（如碘、钠或 荧光染料等）溶解或混合于流体中，这些物质的分子在 特定波长的激光照射下能激发荧光。
照明光源：高亮度的白光碘钨灯
25
26
27
3. 荧光微丝法
采用直径为0.01 ~0.02mm的合成 纤维丝，经柔化 和抗静电处理， 使微丝染上荧光 物质，粘贴于模 型表面。
光源：采用连续 紫外光源
照相：选用合适 的滤光片
Flourescent minitufts on aircraft wing
在定常流动中，流线、迹线和染色线相同。
但在非定常流动中，是互不相同的。
4
3. 流动显示方法的分类
（1）示踪粒子流动显示：在透明无色的气流或水流中加
入一些可见的粒子，通过可见的外加粒子跟随流体微团的运 动来使各种流动现象显示出来。 固态示踪粒子：
水流（铝粉、有机玻璃粉末或聚苯乙烯小球等） 气流（烟颗粒） 液态示踪粒子：水流（牛奶、染料溶液） 气态示踪粒子：水流（氢气泡、空气泡）
文丘里射流器选型手册和计算
文丘里射流器选型手册和计算第一章概述文丘里射流器是一种重要的喷气推进装置，广泛应用于飞机、导弹、火箭等航空航天领域。
本手册旨在介绍文丘里射流器的基本原理、性能特点，以及选型的方法和注意事项，帮助工程师正确选择适合的射流器型号，提高飞行器的性能和可靠性。
第二章文丘里射流器基本原理文丘里射流器是利用燃料燃烧产生高温高压气体，通过喷嘴将气体加速排出，产生推力的喷气推进装置。
其工作原理如下：燃料在燃烧室中燃烧产生高温高压气体，经过喷嘴缩流后加速排出，气流的冲量变化反作用于发动机，产生推力。
第三章文丘里射流器选型的方法1. 根据飞行器的要求确定推力大小和喷口直径；2. 根据工作介质和工作条件选择喷头材料和结构；3. 根据燃烧室的尺寸和形状确定喷嘴的长度和形状；4. 根据飞行器的载荷和速度选择适当的喷嘴形式和布置方式；5. 根据发动机的工作温度和压力选择合适的喷嘴材料和冷却方式。
第四章文丘里射流器选型的注意事项1. 考虑推力与燃料消耗的关系，提高燃烧效率；2. 考虑材料的热工性能和机械性能，保证发动机的安全可靠性；3. 考虑结构的复杂度和成本，确保选型的合理性；4. 考虑系统的集成性和协调性，提高文丘里射流器的整体性能。
第五章文丘里射流器选型实例以某型飞机为例，根据其飞行性能要求和发动机参数，选择合适的文丘里射流器型号，进行仿真计算和实验验证。
最终确定最佳选型方案，提高飞机的性能和可靠性。
第六章结论与展望文丘里射流器是航空航天领域的重要设备，选型是保证飞行器性能和可靠性的关键一环。
本手册介绍了文丘里射流器选型的基本原理、方法和注意事项，希望可以为工程师们在选型过程中提供一定的帮助和参考。
计算字数： 608 字本文共计单词: 6065 字（包括标点符号和空格）。
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第5章 射流 定义：流体由喷咀流出到一个足够大的空间后，不再受固体边界限制而继续扩散的一种流动。
举例：气体、液体燃料的燃烧、转炉吹氧、炉外精炼、高炉喷吹等。
分类：按机理 按流动性质
主要内容：射流的一般特征及经验公式。
5.1 自由射流
⒈ 定义：流体自喷咀流入无限大的自由空间中称为自由射流。
形成自由射流必须具备两个条件：
⑴ 射流流体物理性质如温度、密度等与介质相同。
⑵ 空间介质不动，且不受边界的限制。
⒉ 基本特点
自由射流可分为几个主要区域：图5-1 P84
喷出的流体与周围介质之间具有很大的速度梯度，流体质点间进行动量交换，喷出流体减速，同时周围流体被卷吸并引向喷出方向而加速，射流边界越来越宽。
射流外边界：射流速度为零。
射流内边界：射流速度保持为初始速度v0。
射流边界层：射流内外边界之间的区域。
转折截面：射流中心一点还保持为初始速度v0的射流截面。
⑴ 初始段：喷口截面到转折截面之间。
特点：射流中心速度等于v0，。
⑵ 基本段（主段）：转折截面以后的区域。
特点：x ，v 中¯，为射流边界层所占据。
⑶ 射流核心区：具有初始速度v0的区域。
⑷ 射流极点：射流外边界线逆向延长的交点O （射流源），张角为180~260。
实验证明，x ，v 中¯，V （卷吸），动量不变，静压力与周围介质相同，动能E¯（因碰撞而产生动能损失，这一损失转变为热能而散失）。
⒊ 速度分布（经验公式） ⑴ 截面上速度分布
(1)
⎩⎨⎧
旋转射流
、限制射流自由射流、半限制射流⎩
⎨⎧大多数情况
紊流射流
很难观察到层流射流
v v =中2
5.1b y 1v v
⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-=中
b¾射流的半宽度。
式中d0¾喷口直径；b0¾喷口半高度。
⑵ 中心速度分布
圆形射流：
扁形射流：
⒋ 截面平均速度及流量
通过(1)式求出观察截面的平均流速，
圆形射流： 扁形射流：
再应用流量公式求出该截面的流量qx ，对圆形射流为
扁形射流
5.2 旋转射流
定义：流体在喷出前就被强制旋转，喷出后脱离了固体壁面的约束，在无限大空间处于静止的介质中继续流动。
vq （切向速度） vx （轴向速度） vr （径向速度） ⒈ 旋转射流的特性 ⑴ 存在一个回流区：
图5-9 P88 实线¾ vx 虚线¾ vq
在轴心处vx<0，回流区边界上vx = 0，回流区边界与射流边界（vx = 0）之间vx 有一最大值vmax ，x ，vmax¯，vx 分布趋于平坦均匀，回流区变小直到消失。
⑵ 速度沿程衰减快
图5-10 P88 vx 、vq 、vr 、轴心速度vm 。
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+==⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=11
.0~10.041.044.208.0~07.0a 147.0d 6.8d d
0000a b ax b b ax 扁形射流圆形射流147.0d 48.0v 0
+=
x
a v 中41.0
b 2.1v v 0
+=
x
a 中x v A
d A
⎰=
A v v x
147.0x
a 095.0v v 0
0x +=
d 41.0b x
a 492.0v v 0
0x +=20
0V d 4
v q 0π
⋅
=2
x V 4
v q x d π
⋅
=⎪
⎪⎭⎫
⎝⎛+=147.0d x a 4.4q
q 0V V 0x
41.0b x
a 2
.1q q 0
V V 0
x
+=
当以后，vq 、vr 基本上消失，只有vx 存在。
⑶ 射流中心有很强的卷吸力
图5-11 P88 旋转射流沿程压力的变化 射流轴线上的静压力低于大气压力（负压），说明旋转射流中心有很强的卷吸作用，x ，静压力®大气压力，卷吸作用¯。
⒉ 旋流强度
⑴ 旋流强度的定义及计算
定义：表明旋流设备（喷嘴）所产生旋转射流特性的几何特征数，用S 表示。
Gf¾角动量矩（切向冲力绕x 轴）；Gx¾轴向推力；R¾喷嘴喷口半径。
叶片式旋流喷嘴的旋流强度
r1¾环形通道内半径；r2¾环形通道外半径；¾叶片的旋转角。
由计算式可知：旋流喷嘴结构一定，旋流强度S 一定。
⑵ 旋流强度对气流结构的影响 ① 对速度场的影响
旋转射流卷吸周围介质的气体量随其旋流强度的增大而增大，经验公式为：
S ，卷吸量，紊流扩散越强，消耗的能量，速度衰减快。
改变S®改变气流的速度分布和调节焰的长度。
S ，火焰短，温度较高；S¯，火焰长，温度分布均匀。
② 对回流区的影响
回流区尺寸随旋流强度的变化如图5-13 P90
S ，回流区尺寸，稳定火焰和改善气流间混合的手段。
③ 对旋流器效率的影响
S ，流动阻力，提供能量（大的压差），
¯。
因此，在选择旋流器结构和旋流强度以满足生产工艺要求时，应综合考虑。
在研究旋转射流时，以S 来区分旋转射流的状态，一般认为
5>d x ⎩⎨
⎧><≤相重合与，回流区消失，，回流区时，0max x 0x m v v v v 2d x 0v 2d x R G G S x ⋅=
φθtg ⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡--=221321)r r (1)r r (132S θ()
d
x S S q q M M x +++=1207.05.010
每秒降压功每秒输出动能
旋流器效率=
s ηs η
射流射向限制空间—限制射流 特点：回流区、旋涡区。
本章小结：
主要内容：射流定义及分类，自由射流，旋转射流，半限制射流，射流的相互作用。
重点：自由射流，旋转射流。
难点：射流的相互作用。
基本要求：掌握自由射流、旋转射流的特性，理解射流的相互作用。
⎪⎩
⎪
⎨⎧<>=弱旋流强旋流无旋流6.0S 6.0S 0S。